Свет в море

Прибрежная зона, или полоса, составляет около 2–3 % от площади Мирового океана. На остальном огромном пространстве открытых океанов и морей главенствующую роль в ослаблении света играет фитопланктон.

От белого диска к современным прозрачномерам

В истории известны случаи, когда общепризнанным научным достижением становилось то, что сначала считалось курьезом. Так было и со способом визуального наблюдения прозрачности морокой воды, придуманным Коцебу, который опускал на тросе за борт обыкновенные столовые тарелки и следил за глубиной их погружения в разных местах Тихого океана. Наблюдения с помощью стандартного белого диска диаметром 30 см в настоящее время являются частью многих океанографических и гидрографических исследований. В литературе, особенно зарубежной, он нередко фигурирует как диск Секки. В 1866 г. патер Секки вместе с капитаном Чиальди провели многочисленные наблюдения в Средиземном море как с белыми, так и цветными дисками. Несколько позднее швейцарский географ Ф. Форель предложил белый диск именовать диском Секки. Отмечая заслуги Секки в становлении и развитии способа, все же белый диск по праву следовало бы назвать диском Коцебу.

В XIX и в начале XX в. визуальные наблюдения прозрачности морокой воды осуществлялись крайне нерегулярно и лишь лет 40 назад получили достаточно широкий размах, охватив многие районы Мирового океана. Вот ориентировочные данные о наибольшей глубине видимости белого диска.

Море, океан, залив	Наибольшая глубина видимости белого диска, м
Белое	8
Балтийское	13
Баренцево	18
Черное	25
Бенгальский залив	45
Индийский	50
Тихий	52
Саргассово	66,5

Как видно, рекордная глубина видимости белого диска отмечается в Саргассовом море. За последние 40 лет было выполнено несколько десятков тысяч измерений с помощью белого диска.

В Институте океанологии результаты этих наблюдений обобщаются для создания детальной карты Мирового океана. На рис. 19 (см. цв. вкл. на стр. 30) изображен лишь предварительный вариант такой карты. Дальнейшее накопление новых данных, безусловно, приведет к ее уточнению.

Рис. 19. Карта относительной прозрачности вод Мирового океана, составленная по данным измерений белым диском (глубина исчезновения диска, м)

Для построения карты было использовано 37 тыс. наблюдений с белым диском (необходимо отметить, что глубина видимости белого диска не является строгой количественной характеристикой прозрачности, хотя в значительной степени и определяется ею).

В оптике моря для глубины видимости белого диска принят термин относительная прозрачность.

О физических причинах, определяющих глубину видимости белого диска в разных водах, мы будем говорить дальше, а сейчас остановимся на измерении абсолютной прозрачности.

Устройство современных прозрачномеров

Путешествуя по географическим зонам Мирового океана, мы говорили о «более или менее прозрачных» водах, о слоях «повышенной и пониженной прозрачности», но нигде не приводили ее количественных оценок. В то же время в гидрооптике существует строгое определение понятия «прозрачность».

Направим на слой воды толщиной в один метр параллельный пучок света так, чтобы он падал перпендикулярно к поверхности этого слоя. Выраженное в процентах отношение светового потока, прошедшего через воду Ф_z, к величине падающего потока Ф₀ называется прозрачностью:

Прозрачность θ однозначно связана с другой физической характеристикой — показателем ослабления.

Мы уже знаем, что при прохождении параллельного пучка света через тонкий слой воды часть фотонов поглотится, а часть рассеется, т. е. изменит направление своего движения. Число поглощенных фотонов равно: ΔN_погл = ϰN₀Δ_z, а число рассеянных: ΔN_рас = σN₀Δz, где N₀ — число падающих фотонов, Δz — толщина слоя, ϰ и σ — соответственно показатели поглощения и […]. Общее число фотонов, потерянных пучком в этом слое, равно сумме поглощенных и рассеянных: ΔN_общ = ΔN_погл + ΔN_рас = (ϰ + σ)N₀Δz = εN₀Δz, где ε = ϰ + σ. Коэффициент пропорциональности ε в этой формуле называется показателем ослабления. Он равен сумме показателей поглощения и рассеяния. Величина показателя ослабления зависит от свойств данной среды и является одной из ее физических характеристик. Значения показателя ослабления, так же как и показателей поглощения и рассеяния, даются обычно в обратных метрах (м^-1).